(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111408520.2 (22)申请日 2021.11.24 (71)申请人 华能新能源股份有限公司 地址 100036 北京市海淀区复兴 路甲23号 10、 11层 申请人 北京华能新锐控制技 术有限公司 (72)发明人 叶林　刘铭　王建国　刘吉辰　 蒋贲　伟特　王雪璐　岳红轩　 韩健　张俊东　宋海松　单大勇　 (74)专利代理 机构 北京中知法苑知识产权代理 有限公司 1 1226 代理人 李明　赵吉阳 (51)Int.Cl. F03D 7/02(2006.01) F03D 7/04(2006.01)F03D 9/25(2016.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 30/27(2020.01) G06F 113/06(2020.01) (54)发明名称 基于短期预测的多自由度风力发电系统 (57)摘要 本发明提出一种基于短期风力预测的多自 由度风力发电系统， 包括： 短期风力预测模块， 基 于高斯混合模型， 通过风速与风向之间的关系， 预测短期内风向和风速的变化情况； 风力发电机 控制模块， 基于长短期记忆网络的模 型预测控制 策略、 利用所述短期风力预测模块的预测结果控 制所述风力发电机的运行； 多自由度永磁同步风 力发电机， 将风力转换为电能。 本发明建立一个 基于短期风力预测的多自由度高效风力发电系 统， 当风速和风向发生变化时， 多自由度风力发 电机可以绕转子轴偏转， 使其与风向保持一致， 取代了传统风力发电机偏航系统的作用。 形成了 一套由风力预测结果、 控制系统和新型风力机组 成的完整的高效风力发电系统。 权利要求书1页 说明书6页 附图3页 CN 114294160 A 2022.04.08 CN 114294160 A 1.一种基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 所述多自由度风力 发电系统包括： 短期风力预测模块， 所述短期风力预测模块基于高斯混合模型， 通过风速与风向之间 的关系， 预测短期内风向和风速的变化情况； 风力发电机控制模块， 所述风力发电机控制模块基于长短期记忆网络的模型预测控制 策略、 利用所述短期风力预测模块的预测结果控制所述 风力发电机的运行； 多自由度永磁同步 风力发电机， 所述 风力发电机将风力转换为电能。 2.根据权利要求1所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 还 包括分析模块， 所述分析模块基于分析 软件进行有限元和磁场的建模分析。 3.根据权利要求1所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 所 述长短期记 忆网络包括输入门、 遗 忘门和输出门结构。 4.根据权利要求1所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 还 包括位置计算模块， 所述位置计算模块用于判断所述 发电机叶片 旋转平面的前法向量与大 地坐标系之间的夹角的位置 。 5.根据权利要求1 ‑4任一项所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特 征在于， 还包括轧制优化模块， 所述轧制优化模块根据偏转角速度和预测输出， 通过长 短期 记忆网络获得 下一步控制顺序。 6.根据权利要求1 ‑4任一项所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特 征在于， 还包括最优路径逻辑判断模块， 所述最优逻辑判断模块依据是将调整角度、 风速和 主导风向输入最优路径逻辑判断模块， 来确定是否继续调整任务路径， 并获得给定偏转角 速度r。 7.根据权利要求1所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 所 述多自由度永磁同步风力发电机包括多自由度永磁同步 发电机， 所述多自由度永磁同步 发 电机包括定 子、 转子和绕组。 8.根据权利要求7所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 所 述定子包括转动定子和偏转定 子； 和/或所述绕组包括旋转绕线和偏转绕线。 9.根据权利要求7所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 所 述转子上安装有用于 旋转的球形永磁 体和用于偏转的环形永磁 体。 10.根据权利要求6所述的基于短期风力预测的多自由度风力发电系统， 其特征在于， 所述多自由度永磁同步 风力发电机可围绕转子轴旋转任意角度使其与风向对齐。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 114294160 A 2基于短期预测的多自由度风力 发电系统 技术领域 [0001]本发明属于清洁能源技术领域， 特别涉及 一种短期预测多自由度发电系统能量转 换管理与优化调节系统。 背景技术 [0002]风能技术是一项高新技术， 它涉及到气象学、 空气动力学、 结构力学、 计算机技术、 电子控制技术、 材料学、 化学、 机电工程、 电气工程、 环境科学等十几个学科和专业， 是一项 系统技术。 恶劣的环境和环境的多变性都对大型风电技术提出很高的要求。 此外， 大型风电 并网技术还在完 善中， 一系列的问题还在制约大 型风电技 术的发展。 [0003]风力发电机的高效稳定运行对实现大规模发电具有重要意义。 自然界的风向和风 速都是随时随机变化的， 这对风电机组的控制系统提出了很高的要求， 必须提高控制系统 的可靠性。 而提高控制系统的可靠性最有效的方法就是， 建立预测模型从而建立预测控制 系统， 对风机功率进行准确的预测， 以便控制器更好的控制风电机组的运行。 [0004]根据预测结果， 风力预测模型可分为点预测和概率预测两种类型。 主流的风力预 测模型以点预测为主， 预测结果是未来某一时刻的风资料的期 望值。 然而， 由于风力资源的 强波动性和随机性以及预测模型本身的缺陷， 不可避免地会出现点预测 误差。 点预测不能 提供与预测结果相关的不确定性信息。 因此， 能够定量反映风资料不确定性的风资料概率 预测越来越受到研究者的重视。 传统的预测系统模型都只关注单一类型 的风力数据预测， 其风力发电机组的运行 方式具有被动性和滞后性。 [0005]多自由度发电系统模型能够较好地改善传统模型存在的不足， 提高传动机构的控 制精度， 减少占地面积和成本。 现有 条件分析了多自由度发电机转子的动力学特性， 建立多 自由度下转子的数学模型； 还有多自由度永磁电机的电磁、 热和固体场， 以及对电机的多物 理耦合分析， 以电磁结构为研究对 象， 通过磁热固耦合仿真能得到设计结构的温度升高和 应力应变。 [0006]多自由度发生器发展迅速， 其研究方法和理论也在不断发展， 目前的研究大多局 限于发电机本体， 很少有研究人员专注于将多自由度发电机用于其他应用。 即使在现有的 多自由度发电机应用于风力发电的研究中， 风力发电机的偏转角度最多也只能达到30 °； 这 并不满足风力发电机的运行要求。 开 发一种可广泛应用于风力发电并能实现360 °偏转的多 自由度发电机是本研究的目标。 发明内容 [0007]针对上述问题， 本发明建立一个基于短期风力预测的多自由度高效风力发电系 统， 利用短期风预测模型获得24小时内风向和风速的变化， 并利用预测结果指导基于LSTM 的MPC实时运行。 当风速和风向发生变化时， 多自由度风力发电机可以绕转子轴偏转， 使其 与风向保持一致， 取代了传统风力发电机偏航系统的作用。 该研究首次形成了一套由风力 预测结果、 控制系统和新型风力机组成的完整的高效风力发电系统。 具体地， 本发 明所提出说　明　书 1/6 页 3 CN 114294160 A 3